大厚度卵漂石覆盖层重度岩溶地质桩基成桩施工技术

袁静 韦权 蒋昌盛

【摘要：】桥梁桩基施工遇到大厚度卵漂石覆盖层重度岩溶地质可能会影响施工进度及成桩质量，为解决此类地质情况造成的问题，文章结合工程实例，通过小幅跟进钢护筒及高频振动器液化砂卵石里黏土等方法，有效地保护了桩孔成桩，为项目创造了较大的经济效益。

【关键词：】卵漂石覆盖层;重度岩溶地质;钢护筒;溶洞;水下混凝土

U443.15A401343

0 引言

在桥梁建设过程中，桩基施工是其中十分关键的环节，正所谓“基础不牢，地动山摇”，桩基的成孔质量关乎桥梁是否能顺利建成及桥梁后期的运营。桩基施工所面临的地质情况千变万化，需要不断尝试相应的解决办法。桩基施工中最常用的方式是冲孔灌注桩冲击钻成孔，冲击钻成孔受复杂地质特别是大厚度卵漂石覆盖层重度岩溶地质的影响，施工过程中容易出现漏浆、塌孔、卡钻等复杂问题，影响施工进度。

本文结合工程实例的实践经验，总结出一套大厚度卵漂石覆盖层重度岩溶地质桩基成桩施工技术，主要是利用高频振动锤沉入钢护筒穿过大厚度砂卵层，确保成桩顺利、不塌孔，有效地提高工程质量，加快工程进度，节约施工成本，且成桩在大深度钢护筒的保护下，能有效地防止砂卵石覆盖层塌方。在该技术施工过程中，小幅度进尺及时跟进刃脚刚度大、变形小的钢护筒;高频振动器使渗透到砂卵石里的黏土液化，起到润滑的作用，减小钢护筒下沉时的阻力;片石、黏土、混凝土回填造壁能解决溶洞对成桩造成的影响。该施工技术有效地防止了塌孔、偏孔、缩孔、卡锤、漏浆等现象，保证了成桩质量，取得了较好的经济效益。

1 工程概况

永福（苏桥）至鹿寨公路工程№4标段K70+714为古赏河大桥。该桥地质复杂，大厚度的卵漂石覆盖层及串联式溶洞成为项目面临的最大挑战，砂卵石覆盖层最大厚度达到18 m，卵石直径为10～150 cm，串联式溶洞最大高度达到5.7 m，是冲孔打桩机成桩的巨大障碍。这些不利的地质条件影响着整个桩基施工质量和安全，因此防止塌孔、偏孔、缩孔、卡锤、漏浆等是成桩过程的重点，而超深钢护筒小幅度下沉、松散大块漂石的处理、高频振动锤的应用、连续多层串联溶洞的处理也成为成桩的难点。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程图（图1）

2.2 埋设钢护筒

因为该桥桩位在水中，桩基地质情况复杂，卵石层平均厚度达到18 m，岩溶裂隙重度发育，极易发生穿孔、塌孔，需埋设钢护筒穿过砂卵覆盖层。钢护筒按不同厚度的钢板制成，最下面一节为特殊加工的刃脚，采用2 cm厚钢板加工，刃脚高度为5 cm，刃脚加厚段高60 cm。

钢护筒所用的钢板要具备良好的冲击韧性，除刃脚采用2 cm厚钢板外其余护筒段选用1 cm厚的钢板。在工厂里用线切割按尺寸做成长度统一的钢板，钢板几何形状要求为4个角都是直角，而不能是平行四边形，这是保证钢护筒规格统一的第一步。

钢护筒卷制直径设计比桩基直径长20 cm，高度为150 cm。钢护筒制作采用卷板机，卷成环状时，两头对正后，先点焊好，再在卷板机上来回滚转，形成一个校准的圆柱，各方向直径误差≤1 cm。

现场接长钢护筒时，注意竖向焊缝错开至少50 cm。先在环向布置6个定位点，确保上下钢护筒对正后，再焊接环向接缝。接缝时先点焊，再加密，最后满焊。然后放样定位，将加工好的首节钢护筒采用高频振动锤振入土层，首节钢护筒平面位置及垂直度十分关键，应边振边纠偏，每下沉20 cm进行一次桩位复核，若钢护筒出现倾斜或平面位置差距较大应改变振动锤的方向以振动纠偏，若偏差太大应重新拔出钢护筒重新振入。钢护筒偏位应控制在5 cm以内。

2.3 下沉钢护筒要求

钢钢护筒制作质量要严格控制，用卷板机将其卷成大小一致的钢护筒，特别是要认真对待刃脚加工，2 cm厚的刃脚加厚段与1 cm厚的标准段内径一致，连接处要对正焊严，焊脚高度≥1 cm。

钢护筒接长时位置要准确，其中心竖直线应与桩中心线重合，偏差不大于规范允许值，且要保证钢护筒垂直。在大厚度卵漂石覆盖层重度岩溶地质情况下，钢护筒跟进不及时会造成桩孔周边的卵石快速涌入桩基钢护筒内，因此钢护筒要及时跟进，冲锤每进尺50 cm应停止冲孔，吊出冲锤，采用高频振动器夹住钢护筒顶部，将振动器调至高频低幅档位，高频振动使渗透到砂卵石里的黏土液化，起到润滑钢护筒的作用。振动过程小幅跟进钢护筒，50 cm进尺为一个循环，大约经过36个循环钢护筒才能穿过18 m厚的卵石覆盖层。

通过实践证明，该方法能有效克服钢护筒与砂卵石间的摩擦力，顺利下沉深度超过23 m。测量孔深用的测绳必须是完好的、刻度清晰的专用测绳。

2.4 打桩机安装及就位、泥浆制备、清孔、安装钢筋笼骨架

打桩机安装及就位、泥浆制备、清孔、安装钢筋笼骨架与一般冲孔过程方法一致，主要方法是多点位测量，包括测量桩位、泥浆指标、孔深、垂直度、钢筋笼尺寸等，以测量结果指导施工。

2.5 冲孔

冲孔过程应遵循以下几点原则：

（1）提锤高度不宜过大，最大不超过4 m，遇溶洞或即将到溶洞时提锤高度应≤1 m。

（2）经常性检查沉碴厚度，如沉碴太厚，无法翻浆时，辅以捞碴筒打捞沉碴。

（3）及时跟进钢护筒，每冲进50 cm，必须下沉钢护筒。

（4）备两种直径的冲锤，下沉钢护筒遇阻时，换大直径的锤进行扩孔，然后再下沉钢护筒。

（5）遇到溶洞，孔内出现水位下降时，第一件事是把冲锤提起来，防止卡锤。

（6）及时采样，对孔底的岩样进行留存分析。

2.6 溶洞处置

溶洞處置要确保施工安全第一，且确保在不能扰动已灌注完成桩基的前提下完成剩余桩基浇筑。古赏河大桥溶洞大多是无填充物的溶洞或填充物为流塑性的形态，桥位空腔溶洞体积大，且为连续多层串联溶洞，采用常规的回填冲孔难度大、工程量大且影响进度。综合分析施工进度、经济性等，确定需要钢护筒穿过大厚度卵漂石重度岩溶层。

钢护筒必须穿透砂卵覆盖层。钢护筒下沉采用小幅度跟进法，即每进尺50 cm就及时跟进钢护筒。当冲锤接近溶洞顶时，应采用重锤低击，不能提锤过高，防止溶洞顶被击穿瞬间惯性过大导致冲孔机倾覆;当冲锤贯穿溶洞顶后，应提出冲锤，采用高频振动锤及时跟进钢护筒至空腔溶洞底部，再转换使用冲锤进尺，遇到下层溶洞则继续采用此方法进尺。如钢护筒底部、桩基孔底部不平，存在漏洞且出现漏浆的情况，则需要片石、黏土、混凝土回填造壁，再使用冲锤进尺，解决溶洞对成桩造成的影响。

2.7 灌注水下混凝土

灌注水下混凝土前，要验收孔底的沉淀层厚度，如大于设计要求，应再一次清孔。

认真查阅冲孔记录，明确溶洞所在位置，在灌注过程中要勤量测，过溶洞时应放慢灌注速度，增加导管埋深。如遇混凝土面迅速下降的情况，先用测绳测量好混凝土面的高度，计算好导管埋置深度，如埋置深度>2 m，应把导管向下插入，使导管埋深在6 m左右。如有必要应把之前拆下来的管节重新接上，然后继续缓慢地灌注混凝土。如混凝土面已经下沉导致导管埋深不足1 m时，应停止灌注，立即安排人手拆除导管，拔出钢筋笼，待3 d后桩底混凝土硬化后按一般遇溶洞的方法重新冲孔。

要严格控制第一斗料的数量，按V=πD2（H1+H2）/4+πd2h1/4计算初灌量。初灌应使导管埋深≥1 m。按36 m的桩基计算，D150桩基扩孔至170 cm，D120桩基扩孔至140 cm，计算结果为：D150桩基初灌量>4.4 m D120桩基初灌量>3.4 m3。

3 关键技术

（1）小幅度进尺及时跟进钢护筒原理，每冲孔50 cm及时跟进钢护筒。

（2）钢护筒特殊加工刃脚，刃脚高度为5 cm，刃脚加厚段高60 cm。下方加厚刃脚能保证钢护筒刚度，减小钢护筒变形。

（3）采用45 t高频振动锤夯进。高频振动能使渗透到砂卵石里的黏土液化，起到润滑的作用，减小下沉的摩擦力，使钢护筒能顺利穿过大厚度砂卵石覆盖层。返浆困难时辅以捞碴筒捞出沉碴，缩短清孔时间。

（4）采用片石、黏土、片石混凝土造壁处理溶洞，对于大溶洞要分次处理，一个大的溶洞要分六七次才能完成造壁。

（5）大深度钢护筒下沉技术，使成桩在大深度钢护筒的保护下，有效地防止砂卵石覆盖层塌方。

4 经济效益

古赏河大桥桩基施工采用小幅跟进钢护筒及高频振动器液化砂卵石里黏土等方法，成功完成全桥20条桩基的施工，且桩基检测结果均为类桩，无返工桩基，在保证质量优良的前提下不影响施工进度，为路线通车打下了坚实的基础。

如不用钢护筒，在18 m厚的砂卵覆盖层地质下施工可能造成严重的返工。每条桩的返工费用超过15万元，在以往的工程中有出现过同一条桩基多次返工的现象，返工6条损失即达到90万元，且至少延误3个月工期。卡锤时的损失也不小，卡1次锤至少损失1.5万元，如不能打捞起来，损失将达到7万元。

钢护筒跟进的方法增加费用约2 300元/m，1条桩基下20 m钢护筒，增加费用约4.5万元，全桥20条桩基，增加费用约90万元。与传统工艺可能出现的损失相比，项目采用的钢护筒跟进的施工工艺或可为项目避免的损失达30万元。

5 结语

本文以古赏河大桥为例，对在大厚度卵漂石覆盖层重度岩溶地质下的桩基成桩施工进行应用研究，得出了以下结论：成桩在大深度钢护筒的保护下，能有效地防止砂卵石覆盖层塌方;小幅度进尺能在砂卵层的自稳范围内及时跟进钢护筒;钢护筒下方加厚刃脚能保证钢护筒刚度，减小钢护筒变形;高频振动器能使渗透到砂卵石里的黏土液化，起到润滑的作用，减小钢护筒下沉时的阻力;片石、黏土、混凝土回填造壁能可靠地解决溶洞对成桩造成的影响。

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